Применение модели последовательных сопротивлений для описания процесса ультрафильтрационной очистки отработанного моторного масла

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Исследован процесс регенерации отработанных моторных масел с использованием ультрафильтрационных полимерных мембран на основе фторопласта. Показано, что на сопротивление массопереносу через мембрану в процессе ультрафильтрации отработанных моторных масел оказывает значительное влияние концентрирование в примембранном слое задерживаемых продуктов деструкции масла. В результате проведенных экспериментов была определена зависимость сопротивления концентрационной поляризации от времени. Полученная эмпирическая зависимость использовалась для численно-аналитического решения задачи по определению удельной производительности мембран и концентрации продуктов окисления масла в питающем резервуаре. Верификация модели путем сравнения экспериментальных и расчетных значений концентрации примесей показала погрешность не более 5%, а удельной производительности — в пределах 10–15%. Данный подход можно использовать для определения периодичности профилактических воздействий по восстановлению проницаемости мембран в инженерных расчетах подобных баромембранных аппаратов.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. В. Маркелов

Ярославский государственный технический университет (ЯГТУ); Институт нефтехимического синтеза им. А. В. Топчиева РАН

Author for correspondence.
Email: aleksandr203.37@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-7125-6570

д.т.н.

Russian Federation, 150023, г. Ярославль, Московский пр., д. 88; 119991, ГСП-1, г. Москва, Ленинский пр., д. 29

Ю. П. Осадчий

Ивановский государственный политехнический университет

Email: aleksandr203.37@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2279-0990

д.т.н.

Russian Federation, 153000, г. Иваново, Шереметевский пр., д. 21

References

  1. Выборнова Т. С., Власова Г. В., Пименов Ю. Т. Очистка минеральных и синтетических моторных масел от механических примесей посредством физических воздействий // Сетевое издание «Нефтегазовое дело». 2023. № 2. С. 172–184. https://dx.doi.org/10.17122/ogbus-2023-2-172-184
  2. Jurny M., Elbourawi M., Zorgani E. Recycling of used engine oil using extraction by single solvent // Am. J. Chem. Eng. 2023. V. 11. N 2. P. 33–38. https://doi.org/10.11648/j.ajche.20231102.11
  3. Pinheiro C. T., Quina M. J., Gando-Ferreira L. M. Management of waste lubricant oil in Europe: A circular economy approach // Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. 2021. V. 51. P. 2015–2050. https://doi.org/10.1080/10643389.2020.1771887
  4. Остриков В. В., Афоничев Д. Н., Оробинский В. И., Балабанов В. И. Удаление продуктов старения из работающих моторных масел без их слива из картеров двигателей машин // Химия и технология топлив и масел. 2020. № 3 (619). С. 18–21. https://www.elibrary.ru/kklsjd [Ostrikov V. V., Afonichev D. N., Orobinskii V. I., Balabanov V. I. Removal of aging products from
  5. working motor oils without draining them from engine crankcases // Chemistry and Technology of Fuels and Oils. 2020. V. 56. N 3. P. 347–351. https://doi.org/10.1007/s10553-020-01162-2].
  6. Sholl D. S., Lively R. P. Seven chemical separations to change the world // Nature. 2016. V. 532. N 7600. P. 435–437. 10.1038/532435a' target='_blank'>https://doi.org/doi: 10.1038/532435a
  7. Картошкин А. П. Концепция сбора и переработки отработанных смазочных масел // Химия и технология топлив и масел. 2003. № 4 (518). С. 3–5. https://elibrary.ru/phgvxr?ysclid=m5u00243pb769144386 [Kartoshkin A. P. The notion of collection and treatment of spent lube oils // Chemistry and Technology of Fuels and Oils. 2003. V. 39. N 4. P. 155–158. https://doi.org/10.1023/A:1025436609440].
  8. Mandloi H., Thakur L. S. A Review on recycle of waste lubricant oil and its properties enhancement // Int. J. Res. Appl. Sci. Eng. Technol. 2023. N 11. P. 4368–4371. https://doi.org/10.22214/ijraset.2023.54461
  9. Nissar A., Hanief M., Mir F. Q. Critical retrospection and evaluation of waste engine oil recycling methods // Int. J. Energy Water Resour. 2023. N 7. P. 453–464. https://doi.org/10.1007/s42108-023-00240-5
  10. Nebesskaya A., Kanateva A., Borisov R., Yushkin A., Volkov V., Volkov A. Polyacrylonitrile ultrafiltration membrane for separation of used engine oil // Polymers. 2024. V. 16. N 20. ID 2910. https://doi.org/10.3390/polym16202910
  11. Sarkar S., Datta D., Deepak K. S., Mondal B. K., Das B. Comprehensive investigation of various re-refining technologies of used lubricating oil: A review // J. Mater. Cycles Waste Manag. 2023. N 25. P. 1935–1965. https://doi.org/10.1007/s10163-023-01685-w
  12. Markelov A. V., Sokolov A. V. Regeneration of ultrafiltration membranes in the process of separating oil-water systems // ChemChemTech. 2023. V. 66. N 1. P. 114–119. https://doi.org/10.6060/ivkkt.20236601.6718
  13. Markelov A. V., Nebesskaya A. P., Shvorobey Yu. V., Yushkin A. A., Volkov A. V., Volkov V. V. Regeneration of used engine oil with ultra filtration membranes // Processes of Petrochemistry and oil Refining. 2024. N 4. P. 1064–1071. https://doi.org/10.62972/1726-4685.2024.4.1064
  14. Федосов С. В., Маркелов А. В., Соколов А. В., Осадчий Ю. П. Коагуляция и ультрафильтрация: гибридный процесс очистки отработанных моторных масел // Мембраны и мембран. технологии. 2022. Т. 12. № 5. С. 341–350. https://doi.org/10.31857/S2218117222050054 [Fedosov S. V., Markelov A. V., Sokolov A. V., Osadchy Yu. P. Coagulation and ultrafiltration: A hybrid process for purification of used engine oils // Membranes and Membrane Technologies. 2022. V. 4. N 5. P. 297–305. https://doi.org/10.1134/S2517751622050055].
  15. Wang L., Cao T., Dykstra J. E., Porada S., Biesheuvel P. M., Elimelech M. Salt and water transport in reverse osmosis membranes: Beyond the solution-diffusion model // Environ. Sci. Technol. 2021. V. 55. N 24. P. 16665–16675. https://doi.org/10.1021/acs.est.1c05649
  16. Ho C.-C. A combined pore blockage and cake filtration model for protein fouling during microfiltration // J. Colloid Interface Sci. 2000. V. 232. N 2. P. 389–399. https://doi.org/10.1006/jcis.2000.7231
  17. Жужиков В. А. Теория и практика фильтрования суспензий. М.: Химия, 1971. С. 24–41.
  18. Waite T. D., Schäfer A. I., Fane A. G., Heuer A. Colloidal fouling of ultrafiltration membranes: Impact of aggregate structure and size // J. Colloid Interface Sci. 1999. V. 212 (2). Р. 264–274. https://doi.org/10.1006/jcis.1998.6040
  19. Costa A. R., de Pinho M. N., Elimelech M. Mechanism of colloidal natural organic matter in ultrafiltration // J. Membr. Sci. 2006. V. 281. P. 716–725. https://doi.org/10.1016/j.memsci.2006.04.044
  20. Дытнерский Ю. И. Баромембранные процессы. Теория и расчет. М.: Химия, 1986. С. 59–61.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Different types of resistance to mass transfer through a membrane. Rp — pore blocking, Ra — adsorption, Rm — membrane, Rcp — layer of increased concentration of dissolved substances.

Download (86KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Schematic diagram of the laboratory setup. 1 — tank with WOM, 2 — pump, 3 — tubular membrane module, 4 — valve for filling the tank, 5 — valve for draining the concentrate. М0, с0 — mass (kg) and concentration of impurities in the waste oil flow in the tank (kg kg–1) at the initial moment of time at τ = 0; Jf, Jk, Jp — mass flow rates of oil at the inlet to the membrane module, in the concentrate and permeate (kg s–1), respectively; сf, сk, сp — mass concentrations of harmful impurities in the oil flows at the inlet to the membrane module, in the concentrate and permeate, respectively; φ — selectivity coefficient; dМ — change in the mass of oil in the tank per unit of time dτ.

Download (126KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Specific performance of the UFFK membrane for clean Lukoil Luxe 5W40 motor oil.

Download (33KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Change in hydraulic resistance on the UFFC membrane depending on time at Δp = 0.4 MPa, t = 363 K, υ = 5 m s–1.

Download (54KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Change in the concentration of asphalt-resinous impurities in the process of ultrafiltration of waste motor oils through the UFFK membrane in the original tank over time. 1 — experimental data, 2 — calculated values.

Download (44KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Change in the specific performance of the UFFC membrane during ultrafiltration of used motor oil over time. 1 — calculated values, 2 — experimental data.

Download (45KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences